关于分动箱壳体设计及测试结果

张国超

摘 要：汽车分动箱主要被用于分配传动系统的转矩，主要作用在于可以让汽车在各种行驶状况下都能够满足牵引力的各种需求。与此同时，在分动箱外壳是分动箱相关部件进行安装的一个必要部件，其关鍵作用是可以对传动机构进行保护，同时容纳润滑油。本次研究将主要对汽车分动箱的选材、设计进行分析，通过三维模型来判断分动箱壳体设计是否具有合理性。

关键词：分动箱;壳体设计

分动箱从理论上而言，即指的是一种汽车装置，其关键作用是能够将发动机动力进行分配，能够将汽车动力输出至后轴或者是前后轴。由此可以得出一个结论，分动箱从本质上来说就是汽车上的一个配件。近几年，伴随着汽车技术的不断发展，分动箱也逐渐风格多样化，不管是基本原理，还是本身功能都是存在一定差异性的。在汽车底盘部件中，分动箱壳体是不可或缺的一部分，不论是壳体设计，亦或者是加工工艺都有着重要意义。

1 材料的选择

汽车分动箱壳体在设计过程中需要考虑一下几点，首先是壳体的扭转刚度，由于分动箱在工作期间，会导致外壳受到不同程度的弯曲，因此必须要拥有良好的扭转刚度;其次是要设计要尽量轻便，不过要基于保证铸造效果的前提。最后是壳体设计要尽量紧凑，能够让质量更加轻量。汽车分动箱属于传动关键总成，其分动箱外壳则主要作用在于保护传动机构，因此在壳体材料的选择上，普遍会以铝合金为主，另外拥有一定数量的共晶体，有着极好的铸造功能，如AI-Si系合金共晶体。此外，若在铝合金材料适量加入Cu，则能够出现CuAl2强化相，经过淬火让合金的抗拉强度增加，最高值可以达到260MPa。分动箱壳体在材料的选择上需要遵循以下几个原则，如强度、铸造性能，当然，在基于前两者的条件下还可以适当追求性价比，以此控制成本。本次设计分动箱基本情况如下。材料选用DIN标准GBD-AlSi9Cu3压力铸造铝合金，抗拉强度大于220MPa。热物性参数如表1所见。铝合材料的热物特性直接决定了后续的铸造结果，两者相互影响，本次选用的材料拥有较好的流动性、力学性、耐压性等。

2 结构设计

近几年，随着信息技术的快速发展，在汽车分动箱的壳体设计工程中，大多均采用三维设计工具进行设计，很大程度提高了设计质量，缩短了设计时间。设计壳体内部零件是第一步，随后才是壳体的设计步骤，通俗来说，壳体也可以被理解为内部零件的一件包裹层，和汽车底盘周边环境相符合，是设计分动箱壳体的一个关键步骤。首先是建立三个模型，分别为凸模、凹模、侧模，根据模型生成一个简单的壳体形态，在经过加工，生成壳体。按照所选择的材料，将分动箱外壳厚度设计为4毫米，拔模斜度1.5°，密封面加工余量按0.6mm保留，其他加工面按0.5mm保留。

3 应力及变形

一般来说，汽车分动箱在运作期间，其外壳所承受的外力是通过球轴承和壳体相互传递的，二者相互影响，由此可以得出结论，在分析分动箱壳体的受力情况前，应该首先掌握轴承受力。轴和轴承相近，若想计算出轴承和轴的反力，可以先计算分动箱内链轮链条相互间的作用力。齿形链在分动箱中广泛应用，链轮齿轮为渐开线直齿轮，链轮和链条相互啮合，链轮是能与链条相啮合的轮形零件，而链轮的主要参数之一是弦节距。按照轴传递的实际扭矩能够准确的计算出Ft（啮合和齿轮的切向作用力），随后根据Ft与啮合角得出Fn（齿间法向作用力），最后计算出汽车传动轴的受力。按照汽车轮在地面的附着力计算出分动箱最大输出，该扭矩结果便是分动箱链轮传递扭矩值。经过三维软件分析，轴承座最薄弱的应力值为121MPa，最严重变形部位未大于设计标准，总体而言，本次实验分动箱壳体的应力及变形测试均符合设计标准。

4 判定合格指标

分动箱壳体刚度静扭小于0.2mm、温度小于150℃、动力耐久性能优良、传动件磨损无异常等。

5 测试结果

实验操作，在壳体结合面最大偏差反作用位置上，选取三点，在实验前，在加载力矩到分动箱力矩容量设计相关值，力矩设置为0，分动器设置为3100N·m，基于该种条件下进行壳体接合面偏差量计算。结果表示，偏差量为0.05mm，在合理范围之内，这也充分表明了结合面刚度良好。

壳体润滑剂及温度的实验操作，准备润滑试验台，转速设置为4000rpm，通过模拟汽车驾驶恶劣状态，前后左右每个方向均维持60秒，结果显示并未出现润滑油渗漏的情况，由此可以得出结论，在壳体通气部位设计良好且科学合理。另外在温度的测试中，当让分动箱工作120分钟后，温度依然未大于标准值，可见分动箱外壳设计散热性能较好。

6 总结

综上所述，汽车壳体的设计要求以及材料的选择对于汽车壳体设计有着极大的借鉴作用。本文通过三维软件分析，发现了设计中的缺陷，随后通过改良，最后均达到符合设计要求的机动箱壳体。

参考文献

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